Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: O presente trabalho tem como objetivos principais a elaboração de uma metodologia de cálculo de perfis e de cascatas em escoamento potencial baseado na distribuição de vórtices na superfície, o desenvolvimento de um código computacional próprio e a convalidação dos resultados obtidos. A...

Resumo: O presente trabalho tem como objetivos principais a elaboração de uma metodologia de cálculo de perfis e de cascatas em escoamento potencial baseado na distribuição de vórtices na superfície, o desenvolvimento de um código computacional próprio e a convalidação dos resultados obtidos. A metodologia baseia-se nos trabalhos de Martensen (1959), de Murugesan e Railly (1969) e de Lewis (1991). O comportamento aerodinâmico e os parâmetros característicos de um perfil isolado são totalmente conhecidos e existem várias técnicas analíticas e numéricas para avaliar e determinar o comportamento desses perfis. Essas técnicas analíticas podem ser estendidas para tratar os perfis experimentais como os perfis NACA com bons resultados. Neste trabalho o cálculo de perfis isolados compreende o uso do método de vórtices na superfície numa aproximação inversa. Inicialmente uma distribuição de velocidade é especificada a partir do ponto de estagnação do bordo de ataque. A distribuição de velocidade calculada sobre a superfície de um perfil inicial arbitrário é comparada com aquela requerida. A diferença entre elas é utilizada como sendo o valor de uma distribuição de vórtices que é imposta sobre o contorno. Devido ao campo desta distribuição de vórtices adicional, aparece uma distribuição de velocidades normais à superfície o que viola o conceito de linha de corrente. O contorno volta a ser uma linha de corrente quando sua inclinação local é ajustada de acordo com a razão entre os valores das velocidades normal e requerida. O perfil obtido é submetido a uma nova análise direta e a distribuição de velocidade obtida é comparada com a distribuição requerida. Os cálculos são repetidos até alcançar a convergência. O algoritmo numérico resultante foi aplicado a dois tipos de perfis, analítico (Joukowski) e experimental (NACA), para os casos de aerofólios simétrico e assimétrico. Os perfis NACA utilizados são NACA 65-010 e NACA 65-1210. Em todos os casos os perfis foram gerados usando a metodologia de distribuição de vórtices e os resultados foram comparados com os respectivos perfis originais, mostrando boa concordância. Tendo verificado que a técnica proposta e o código elaborado são válidos e produzem bons resultados, eles são aplicados à análise de cascatas de aerofólios NACA 65-1210 e de uma cascata de aerofólios de Gostelow

Abstract: This work presents a method to calculate airfoils and cascades in potential flow based upon the distribution of vortices on the profile surface, develop a computational code and validate the predictions with available well accepted results. The technique is based upon Martensen (1959),...

Abstract: This work presents a method to calculate airfoils and cascades in potential flow based upon the distribution of vortices on the profile surface, develop a computational code and validate the predictions with available well accepted results. The technique is based upon Martensen (1959), Murugesan and Railly (1969) and Lewis (1991). Cascades are usually specified according to the application and they can be stationary or moving. The aerodynamic behavior and the aerodynamic characteristics of isolated foil are known and many techniques to calculate these foils are available. These analytic techniques can be extended to handle nicely experimental foils such as the NACA's. In the present work, the method of distributing the vortices over the surface of the foil is used in the reverse sense. Initially a velocity profile is specified starting from the leading edge stagnation point. It is calculated the velocity distribution over the surface of an initial arbitrary foil and it is compared with that required. The difference between them is used as an additional distribution of vortices imposed over the surface. A distribution results in a velocity component normal to the surface and this violates the concept of the stream line. The contour turns to be a streamline when its local inclination is adopted according to the ratio of the normal velocity and the required velocity. The resultant foil is reanalyzed and the velocity distribution obtained is compared with the required distribution. The calculations are repeated until convergence is achieved. The numerical code was applied to two types of foils, analytical (Joukowski) and experimental (NACA) for the cases of symmetrical and asymmetrical foils. NACA foils used are the NACA 65-010 and NACA 65-1210. In all the cases the foils were generated using the vortex distribution technique and the resulting profiles were compared with the original profiles indicating a good agreement. These comparisons validate the proposed technique and the developed code. They were applied to analyse cascades of NACA 65-1210 foils and a cascade of the Gostelow foils